Лекции по экологии. Лекция тема наукаэкологи я. План лекции Предмет. Цели и задачи. Методология. Структура и отрасли
 Скачать 0.87 Mb.
|
Л Е К Ц И Я 1.Тема: Н А У К А Э К О Л О Г И Я. План лекции:
В настоящее время существует много определений экологии как науки. Одно из них: ”Экология – это наука о взаимных связях и взаимном влиянии живых организмов и окружающей их среды“. Термин “Экология” предложил в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Этот термин образован от греческих слов: “oikos” – дом, жилище, родина и “logos” – учение, наука и в буквальном переводе означает “наука о среде обитания”. Сам Э. Геккель дал такое определение экологии: “Экология – это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантогонистические и антогонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология – наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Ч. Дарвином как условия борьбы за существование”. Ввиду сложности и глобальности предмета изучения, на который претендует экология, некоторыми учеными высказывались сомнения:
На этот вопрос можно ответить с позиций науковедения. Область знаний может претендовать на роль самостоятельной науки, если имеет самостоятельные, присущие только этой науке:
По этим признакам на вопрос о самостоятельности науки “экология” следует ответить положительно. Действительно, если схематически изобразить уровни организации живой материи (биосистем) и сопоставить им науки, изучающие соответствующие уровни, то получим следующую картину (рис.1). Космос 11 Астрофизика, астрономия. Биосфера  10 Экосистемы 9 Сообщества Экология. 8 Популяции 7 Организмы Биология, отрасли биологии 6 (б отаника, зоология, микробиология и т.д.). Органы, ткани 5 Гистология, анатомия, физиология. Клетки 4 Цитология (область биологии). Гены 3 Генетика (ген-участок молекулы ДНК единица наследственного материала) Молекулы 2 Химия, биохимия, молекулярная биология. Атомы, Элем. частицы 1 Физика. Рис.1. Уровни организации живой материи. Деление биосистем на уровни (ступени) условно, т.к. каждый уровень интегрирован, т.е. взаимосвязан с соседними уровнями в функциональном смысле. Действительно, клетки (кроме одноклеточных) не могут функционировать вне тканей, ткани – вне органов, органы – вне организма, отдельные организмы – вне популяции, популяции не могут существовать вне сообществ и экосистем. Самое важное следствие иерархической организованности живой природы состоит в том, что при переходе от низших подсистем к более крупным, у этих более крупных систем возникают принципиально новые качества, свойства и законы их функционирования, которых не было на предыдущем уровне и которые не могут быть предсказаны на основании свойств подсистем низшего порядка. При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает, по крайней мере, одно новое качество или свойство. Этот принцип в экологии называется принципом эмерджентности (от англ. emerdgent – неожиданно возникающий). Например, свойства воды не могут быть предсказаны на основании свойств кислорода и водорода. Применительно к живой природе принцип эмерджентности заключается в том, что биологические системы обладают свойствами, которые нельзя свести к сумме свойств составляющих их подсистем. Из принципа эмерджентности вытекает выбор подхода в изучении экологических систем. Науке известны два различных подхода и способа мышления в изучении сложных систем:
котором система изучается в ее целостности, исследуются общие для системы, системные функции и законы;
сложного к простому) или мерологический (от гр. meros – часть), при котором система изучается путем детального анализа все более и более мелких подсистем, их функций и законов. Человек от природы обладает склонностью к редукционист-скому складу мышления, т.е. человеку свойственно выявление единичных, простых причинно-следственных связей и простых функциональных зависимостей типа “причина – следствие”. Этим, в частности, объясняется сложность изучения процессов в биосфере, где имеют место многопараметрические процессы, многоуровневые обратные связи, замкнутые циклы, круговороты вещества и энергии, где следствие является одновременно и причиной многих явлений. Следовательно, каждый уровень организации живой материи требует самостоятельного изучения. Организация и функционирование надорганизменных биологических систем: популяционных, сообществ, экосистем и биосферы – суть и являются предметом изучения экологии (уровни 7-10 на рис.1). Таким образом, предметом изучения экологии в широкой постановке вопроса является система “организмы плюс среда их обитания”, причем среда, преобразованная самими организмами и, в частности, человеком. В последние десятилетие, когда угроза глобального экологического кризиса коснулась всего человечества, произошел взрывообразный рост обеспокоенности и общественного интереса к экологической проблематике. Если до 60-х годов столетия на экологию смотрели, главным образом, как на один из разделов биологии, то сейчас она вышла за ее рамки, переросла в новую интегрированную дисциплину, связанную с естественными, инженерно-техническими и гуманитарными науками. Важность и актуальность экологических проблем для судеб человечества столь велика, что для их решения необходима мобилизация всех отраслей знаний, накопленных человечеством. Происходит взаимопроникновение и взаимообогащение целями, идеями и методами между такими науками, как: науки о Земле, математика, физика, химия, классическая экология, вычислительная техника, теория больших систем, экономика, социология, политология, юриспруденция, этика, философия, медицина и др. Этот процесс проникновения идей и задач экологии в другие области знания получил название э к о л о г и з а ц и и. Экология становится интегральной гипернаукой (“природа не знает факультетов”). Расширение предмета экологии привело к появлению новых ее определений. Авторитетный американский эколог Юджин Одум дает такое определение (1986 г.): “Экология – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи”. Это очень широкое определение, но оно больше других соответствует современному широкому пониманию экологии. Экология приобретает роль всеобъемлющего мировоззрения и превращается в учение о выборе путей выживания человечества. Ц Е Л Ь. Изучение законов функционирования экологических систем всех уровней и биосферы в целом в условиях природопреобразующей деятельности человечества и выработка тактики и стратегии поведения человечества в целях оптимизации функционирования этих систем. З А Д А Ч И. Задачи экологии прямо вытекают из цели и существующих на планете проблем:
и ее ресурсов;
по отношению к антропогенной нагрузке;
экологических систем;
антропогенных нарушений экологических систем;
окружающей человека среды при разных сценариях политического, экономического и социального развития человечества;
идеологии и формирование идеологии и методологии экоцентризма, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования. М Е Т О Д О Л О Г И Я. Методологическую основу современной экологии составляет сочетание:
принцип эмерджентности и холистический подход к изучению неизбежно приводят к необходимости использования в качестве методологической основы науки экологии системного анализа. Системный анализ – это направление научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы. Системный подход в экологии состоит в определении составных частей экологической системы (подсистем) и взаимодействующих с ней объектов внешней среды, установлении совокупности внутренних и внешних связей, нахождении законов функционирования и их изменений в результате различных воздействий. Экологические системы как объект изучения имеют ряд особенностей по сравнению с искусственными кибернетическими системами, созданными человеком: а) беспрецедентная структурная сложность; б) многоуровневость и перекрестность связей; в) управляющие функции и обратные связи экологических систем диффузны и формируются внутри нее, а не направлены извне; г) законы функционирования многофакторны, сложны и всегда нелинейны. Системный анализ завоевал признание лишь во второй половине века, что связано прежде всего с развитием инструментальных и дистанционных методов наблюдений и измерений, вычислительной техники, давших возможность изучать природные системы как целостные системы на количественном уровне, а также с проникновением в экологию идей кибернетики.
экологического исследования. Современная система наблюдений включает космические, атмосферные, наземные подземные, наводные, подводные измерительные комплексы. В настоящее время действуют международная (глобальная) и национальная системы мониторинга – т.е. система контроля, оценки и прогноза качества природной среды, включающая исследование антропогенных воздействий.
других естественных и технических науках. Отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что при эксперименте сознательно организуется определенное воздействие на экологическую систему и затем изучается реакция системы на это воздействие. Эксперименты делятся на лабораторные и натурные. Лабораторные эксперименты позволяют обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых. Классической схемой проведения лабораторных исследований является однофакторный эксперимент, когда изучается влияние избранного фактора при фиксированных значениях всех остальных. Натурные эксперименты позволяют исследовать влияние одного или нескольких факторов в реальных условиях. Особое место в изучении экологических систем занимают непреднамеренные эксперименты, которые явились следствием естественных процессов (извержение вулканов, образование и исчезновение островов и т.п.) или деятельности человека. По существу непреднамеренные антропогенные эксперименты – это вся история развития цивилизации, в процессе которой человечество постоянно “экспериментирует” с природой.
закономерностей с помощью лабораторных, натурных или математических моделей. Под моделью понимается имитация того или иного явления реального мира, позволяющая делать прогнозы. С Т Р У К Т У Р А И О Т Р А С Л И Э К О Л О Г И И Сегодня различают следующие основные отрасли экологии:
функционирования и эволюции экологических систем на основе анализа таких целостных ее характеристик, как продуктивность, круговорот вещества и энергии, устойчивость, биоразнообразие (генофонд) и др. Ее ядром является теоретическая экология.
сформировавшееся научное направление, включающее специальные, чисто биологические разделы экологии; к настоящему времени разделившееся на подотрасли: а) аутэкология (от гр. out – отдельно) – экология отдельных особей и видов; б) популяционная экология; в) синэкология ( от гр. syn– вместе) – экология многовидовых сообществ, биоценозов (от гр. bios – жизнь, kinos – сообща, вместе); г) экология систематических групп (бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т. д.); д) эволюционная экология – учение о роли экологических факторов в эволюции.
обитания с точки зрения их географической принадлежности. В нее входят: а) экология сред – воздушной, суши, почвенной, морской, пресноводной; б) экология природно-климатических зон – тундры, тайги, степи, пустыни, гор, болот, морских берегов, и т.п.; в) экология географических областей, регионов, стран, континентов.
связанных с различными областями взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Прикладная экология имеет следующие основные разделы: а) инженерная экология – изучение и разработка инженерных норм и средств, отвечающих экологическим требованиям; б) сельскохозяйственная экология (агроэкология и экология сельскохозяйственных животных); в) биоресурсная и промысловая экология; г) урбоэкология (экология городов, населенных пунктов, коммунальная экология); д) медицинская экология; е) экотоксикология; ж) приложения экологии к практике охраны природы и окружающей среды.
взаимодействие человека к биологической особи и, как социального субъекта с окружающей его природной и социальной средой. Сюда входят: а) биоэкология человека; б) социальная экология (экология личности, семьи, социальных групп, экология рас и наций, демографическая экология).
взаимоотношения всего человечества в процессе его развития с биосферой. Экологией часто называют охрану окружающей среды, а иногда и просто состояние этой среды. Это неправильно! Действительно, разделы прикладной экологии и практика охраны окружающей среды тесно связаны между собой, но это не одно и тоже. Не следует также смешивать охрану природы и охрану окружающей среды. Окружающая человека среда все заметнее вытесняет природную среду. Охрана природы означает ограничение изъятия природных ресурсов, недопущение нарушения природных систем. Охрана окружающей среды означает недопущение появлений в среде обитания людей вредных и опасных для здоровья агентов. При этом следует помнить, что сохранение качества окружающей человека среды невозможно без участия природных экологических механизмов. Экология является также, теоретической базой природоохранных мероприятий. Многие экологи считают концепцию “охраны” порочной с самого начала, т.к. деятельность следует строить таким образом, чтобы не допускать, предотвращать негативные эффекты и последствия, от которых потом пришлось бы “охранять”. К О Н Ц Е П Ц И И И П О Д Х О Д Ы. С начала века в экологии сформировалось две концепции, два подхода к проблеме взаимоотношений человечества и природы:
Согласно антропоцентрическому подходу взаимоотношения строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. При этом человек ставит себя в центре природы, а иногда и над ней. Овладевая законами природы, подчиняя их своим интересам, опираясь на социальную организацию и технологическую мощь, человек считает себя свободным от давления всех тех сил, которые действуют в природе. Возникающие проблемы окружающей среды рассматриваются им как следствие неправильного ведения хозяйства, технологических промахов. Решение проблем усматривается на пути технологической реорганизации и модернизации, т.е., что проблемы могут быть решены теми же средствами, которые и явились причиной их возникновения (технологический оптимизм). Считается, что законы природы не могут и не должны мешать научно-техническому и социальному прогрессу человечества. В центр экологических проблем становиться человек, его технологии, его “власть над природой”. Этот подход характерен для большинства политиков, экономистов, хозяйственников и инженеров. Согласно биоцентрическому подходу, человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Прогресс человечества ограничивается необходимостью подчинения законам природы. Проблемы окружающей среды вызваны антропогенным нарушением регуляторных функций биосферы, которые не могут быть изменены или восстановлены технологическим путем (технологический пессимизм). Сторонники биоцентрического подхода ставят в центр экологических проблем состояние и устойчивость живой природы, биосферы. Этот подход характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков, а также для стихийного экоцентризма многих людей. Выбор между этими двумя точками зрения или компромиссе между ними во многом определяет стратегию дальнейшего развития человечества. Большинство людей пока еще склоняются к антропоцентрической точке зрения, т.к. она выглядит проще и оптимистичнее, однако существуют очень веские аргументы в пользу экоцентризма, пренебрегать которыми нельзя. О С Н О В Н Ы Е П Р О Б Л Е М Ы. Природа в целом сама по себе не знает экологических проблем в их сегодняшнем понимании. Если они и возникли у некоторых групп организмов, то решались медленным эволюционным путем. В отличии от этого экологические проблемы человечества стали весьма существенными проблемами всей природы на Земле. Условно и обобщенно весь спектр экологических проблем можно свести к двум классам: . проблема роста численности населения Земли и ограниченности ресурсов; II. проблема растущего загрязнения окружающей человека и природной среды. Обширная экологическая проблематика имеет ряд особенностей, среди которых могут быть названы:
человек, genos – происхождение) воздействия на природу и окружающую человека среду в веке стали слишком велики и приблизились к пределу устойчивости биосферы, а по некоторым параметрам и превзошли его;
давление часто непредвиденными реакциями (мутации и т.п.);
своей биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы;
веществ и энергии, человек же в своей хозяйственной деятельности часто разрушает замкнутые циклы, превращая их в линейные тупиковые цепи, заканчивающиеся отходами и загрязнением, которые не могут быть вовлечены в естественный круговорот (человек извлекает из биосферы ресурс, использует его на 10 %, а остальные 90 % в форме “грязи” возвращает в биосферу);
феноменологический характер, т.е. человечество столкнулось с ними впервые, а цена ошибки в решении очень велика. Среди конкретных проблем экологии могут быть названы:
Л Е К Ц И Я 2. Тема: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ. План лекции: 1. Понятие экосистемы. 2. Структура экосистемы. 3. Экологические факторы. |